文章信息
文章題目：Structures of sperm flagellar doublet microtubules expand the genetic spectrum of male infertility
期刊：Cell
發(fā)表時間：2023年6月8日
主要內(nèi)容：西湖大學生命科學學院、西湖實驗室吳建平團隊與浙江大學桂淼團隊聯(lián)合南京醫(yī)科大學劉明兮團隊，在Cell雜志上發(fā)表了文章 Structures of sperm flagellar doublet microtubules expand the genetic spectrum of male infertility，該研究首次解析了小鼠和人的精子鞭毛微管二聯(lián)體復合物的冷凍電鏡結(jié)構(gòu)，鑒定了多個精子特異的微管結(jié)合蛋白，并由此發(fā)現(xiàn)了一類新型的弱精癥亞型。該工作為理解精子運動的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)以及相關(guān)男性不育癥的診斷和治療提供了重要線索。
原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.cell.2023.05.009
使用TransGen產(chǎn)品：
ProteinIso? Ni-NTA Resin (DP101)
研究背景
精子“翻山越嶺”遇見卵子的能力，是生命發(fā)生的必要條件。如果精子的運動能力出現(xiàn)異常，自然受孕的成功率便會大大降低；當精液中精子向前運動的比例低于32%時，則被定義為“弱精癥（asthenozoospermia）”。這是目前男性不育的常見病因。承擔精子運動主要動力的鞭毛，是一種細長而彎曲、具有運動功能的細胞器，存在于精子或者一些單細胞生物上。比如氣管纖毛可以幫助人體排出氣管內(nèi)的廢物；衣藻鞭毛可以帶動衣藻在水中游動；精子努力向卵子游動，靠的就是精子鞭毛的規(guī)律性擺動。如果說精子是一輛“汽車”，那么鞭毛就是汽車的“發(fā)動機”，一旦“發(fā)動機”出了故障，“汽車”便無法啟動?？梢灶A見，鞭毛的結(jié)構(gòu)中很可能蘊含著理解精子運動的重要線索。
精子結(jié)構(gòu)示意圖及其軸絲橫截面示意圖
從上圖我們可以看到，鞭毛通常被分為頸部、中段、主段和末段，其主體的中央貫穿著一個巨大的分子機器——軸絲。在軸絲的橫切面可以觀察到9個微管二聯(lián)體環(huán)繞著中央2個單體微管，即經(jīng)典的“9+2”結(jié)構(gòu)。這個“9”很重要，它們就像混凝土中的鋼筋一樣，對鞭毛起到支撐作用。但它的結(jié)構(gòu)卻一直是個謎。
文章概述
首先，研究人員解析了小鼠和人類精子的微管二聯(lián)體結(jié)構(gòu)，在分辨率更高的小鼠精子微管二聯(lián)體中共鑒定了多達49個不同的蛋白組分。
小鼠精子微管二聯(lián)體高分辨率結(jié)構(gòu)
他們發(fā)現(xiàn)，與已有的牛的氣管纖毛微管二聯(lián)體結(jié)構(gòu)比較，除了一種FAM166B蛋白，其他在牛的氣管纖毛微管二聯(lián)體中的微管腔內(nèi)結(jié)合蛋白（Microtubule inner protein, MIP）均存在于小鼠精子鞭毛中。不同的是，他們在小鼠精子微管二聯(lián)體中鑒定到了額外的10種精子特異的MIP蛋白，包括一個去磷酸化酶DUSP21。在小鼠精子微管二聯(lián)體的外部區(qū)域，還發(fā)現(xiàn)了一個蛋白激酶TSSK6的結(jié)合。這表明小鼠精子鞭毛微管二聯(lián)體相比其他鞭毛系統(tǒng)的微管二聯(lián)體組成更加復雜，有助于進一步穩(wěn)定精子鞭毛結(jié)構(gòu)，來適應其劇烈擺動的功能。
然后對比人類精子鞭毛微管二聯(lián)體與小鼠精子微管二聯(lián)體，前者體內(nèi)也擁有大部分MIP蛋白，包括新鑒定的多種精子特異MIP蛋白，二者之間的差別僅僅是人類精子內(nèi)缺少了一種DUSP21蛋白，以及小鼠精子特異的MIP蛋白Tektin5和FAM166A的拷貝數(shù)在人精子微管二聯(lián)體中有所減少。至此，研究團隊已經(jīng)比較清楚地看到了精子微管二聯(lián)體在不同物種之間的差異性，他們大膽預測，這些精子中獨有的MIP蛋白可能會對精子鞭毛的穩(wěn)定性和精子運動調(diào)控發(fā)揮重要作用。
小鼠與人精子微管二聯(lián)體結(jié)構(gòu)比較
隨后，研究團隊募集了281位非MMAF的男性不育患者，這些患者的精子形態(tài)看起來與正常人一樣，但是精子的運動功能異常，無法完成正常受精。通過對這些患者進行外顯子測序分析，研究團隊果然發(fā)現(xiàn)其中32位患者攜帶了與MIP蛋白相關(guān)的突變，這些病例涵蓋了10種MIP蛋白，共涉及到17種突變形式，其中8種MIP蛋白是首次發(fā)現(xiàn)與男性不育癥有關(guān)。
臨床鑒定MIP突變的流程圖和32位MIP相關(guān)的弱精癥患者概覽
進一步分析，研究團隊發(fā)現(xiàn)這些突變位點在精子微管二聯(lián)體中的分布較為分散，這表明微管二聯(lián)體內(nèi)不同區(qū)域的異常都可能導致自身結(jié)構(gòu)破壞，進而引起精子功能異常。由此，研究團隊提出了一類新型弱精癥亞型，稱為“MIP突變相關(guān)弱精癥（MIP variants-associated asthenozoospermia，簡稱MIVA）”。這類弱精癥患者的精子共同特征是精子運動能力受損，鞭毛擺動異常，軸絲結(jié)構(gòu)受損，但形態(tài)無明顯的缺陷。
綜上，這一研究結(jié)果為我們理解不同物種和組織中微管二聯(lián)體的特異性以及深入研究和理解精子鞭毛的功能和調(diào)控奠定了重要基礎(chǔ)，為相關(guān)的男性不育癥的診斷提供了新的思路，并為潛在的治療干預提供了新的途徑。
全式金產(chǎn)品支撐
優(yōu)質(zhì)的試劑是科學研究的利器。全式金的蛋白純化產(chǎn)品ProteinIso? Ni-NTA Resin (DP101)助力本研究。
ProteinIso? Ni-NTA Resin (DP101)
本產(chǎn)品對His標簽蛋白具有特異吸附能力，從而使His標簽蛋白結(jié)合在Ni-NTA純化介質(zhì)上，未結(jié)合的蛋白被洗滌下去，結(jié)合在介質(zhì)上的蛋白經(jīng)過一定濃度的咪唑或低pH緩沖液溫和洗脫下來，得到高純度的目的蛋白。自上市以來多次榮登Cell、Nucleic Acids Research等知名期刊，助力科學研究。
產(chǎn)品特點：
● 吸附容量大。
● 選擇性好。
● 通透性強。
● 易于再生。
全式金產(chǎn)品再一次登上Cell期刊，證明了大家對全式金產(chǎn)品品質(zhì)和實力的認可，也完美詮釋了全式金一直以來秉承的“品質(zhì)高于一切，精品服務客戶”的理念。全式金始終在助力科研的道路上砥礪前行，希望未來能與更多的科研工作者并肩奮斗，用更多更好的產(chǎn)品持續(xù)助力科研。
使用ProteinIso? Ni-NTA Resin (DP101)產(chǎn)品發(fā)表的部分文章：
? Zhou L N, Liu H B, Liu S Y, et al. Structures of sperm flagellar doublet microtubules expand the genetic spectrum of male infertility [J].Cell, 2023.
? Guo L J, Zhao Y L, Zhang Q, et al. Stochastically multimerized ParB orchestrates DNA assembly as unveiled by single-molecule analysis [J]. Nucleic Acids Research, 2022.
? Liu Y, Yu T F, Li Y T, et al. Mitogen-activated protein kinase TaMPK3 suppresses ABA response by destabilizing TaPYL4 receptor in wheat [J]. New Phytologist, 2022.
? Zhang Q, Chen Z T, Wang F Z, et al. Efficient DNA interrogation of SpCas9 governed by its electrostatic interaction with DNA beyond the PAM and protospacer [J]. Nucleic Acids Research, 2021.
? Zhang Y, Guo Y H, Wang H L, et al. Verticillium dahliae Secretory Effector PevD1 Induces Leaf Senescence by Promoting ORE1-Mediated Ethylene Biosynthesis [J]. Molecular Plant, 2021.
? Gao Y H, Li Z, Yang C Y, et al. Pseudomonas syringae activates ZAT18 to inhibit salicylic acid accumulation by repressing EDS1 transcription for bacterial infection [J]. New phytologist, 2021.
? Wang Z L, Wang S, Xu Z, et al. Highly Promiscuous Flavonoid 3?O?Glycosyltransferase from Scutellaria baicalensis [J]. Organic Letters, 2019.
? Chen K ,Hu Z M, Song W, et al. Diversity of O?Glycosyltransferases Contributes to the Biosynthesis of Flavonoid and Triterpenoid Glycosides in Glycyrrhiza uralensis [J]. ACS Synthetic Biology, 2019.
